CN108889907B

CN108889907B - 用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法

Info

Publication number: CN108889907B
Application number: CN201810854056.1A
Authority: CN
Inventors: 戴威; 贾建英; 王克霞
Original assignee: Henan Shengdewei Machinery Technology Co ltd
Current assignee: Henan Shengdewei Machinery Technology Co ltd
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2020-06-12
Anticipated expiration: 2038-07-30
Also published as: CN108889907A

Abstract

本发明涉及消失模铸造技术领域，尤其涉及采用制作的特殊壳型，能够铸造高质量，无增碳、气孔、夹渣、皱皮等缺陷的铸件，能满足高档、复杂结构、精密铸件要求的，绿色、环保、无污染的用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法，包括制模、在白模表面涂覆壳型涂料并干燥处理、熔模制壳、壳型装箱、负压浇注等步骤。本发明提供的用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法具有能够铸造高质量，无增碳、气孔、夹渣、皱皮等缺陷的铸件，能满足高档、复杂结构、精密铸件要求的，绿色、环保、无污染的优点。

Description

用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法

技术领域

本发明涉及铸件成型范畴和消失模铸造技术领域，尤其涉及采用制作的特殊壳型，能够铸造高质量，无增碳、气孔、夹渣、皱皮等缺陷的铸件，能满足高档、复杂结构、精密铸件要求的，绿色、环保、无污染的用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法。

背景技术

消失模铸造是一种近无余量的液态金属精确成型的技术，被认为“21世纪的新型铸造技术”及“铸造中的绿色工程”。消失模铸造由于铸件尺寸精度高、表面光洁度好、工艺适应范围广、操作简单、能大大改善铸造工人的劳动强度和环境等一系列优点被铸造界接受和认可，被誉为“铸造工业的绿色革命”。与粘土砂、水玻璃砂、树脂砂铸造相比，消失模铸造之所以称为绿色铸造，主要是由于其所用原砂不加粘结剂，可以95%以上反复回用，降低了旧砂排放、各类粘结剂损耗和环境污染，其次这种铸造方法不需砂芯，几乎不需拔模斜度，切削加工余量减少一半左右，减少金属损耗，降低劳动工时，降低修整铸件打磨及噪音、粉尘等污染排放。同时使铸件外观尺寸精度提高，铸件越复杂效果越好。

消失模铸造的现有技术，通常是在泡沫塑料白模上涂覆1~2遍涂料形成1mm左右厚的涂层，然后干燥后涂层包覆白模一起埋(装)入专用砂箱中，填充干砂振实造型，在负压状态下，直接往白模上浇注金属液，白模被高温金属液迅速加热气化、燃烧、騰出型腔被金属液置换，金属液冷却成固态铸件。如公开号为CN105312500A专利申请就公开了一种模具铸造方法。但采用现有的消失模铸造技术进行浇注过程中，聚苯乙烯白模消失和被金属替代过程中，会全部燃烧挥发，除对铸件内在质量带来增碳、气孔、夹渣等特有缺陷外，还产生的大量烟存，会带来严重的废气污染，对自然环境带来不利影响。近年来，国外发达国家均在改进消失模铸造工艺，增加废气污染治理措施，在国内的上海、山东等地也因为环境污染的问题，限制消失模的发展。

在精密铸造技术领域中，有中国传统的“失蜡法”，中间增加了壳型的制作的工艺，可以在浇注前使内部蜡模溶出，避免浇注时的内部残留，因为蜡质脆弱易断、比重较大且易蠕变变形，是用环境温度低（一般25℃以下）不易做成大型件或超大型件，这种方法制作壳型时，是采用“一层涂料一层撒砂”的形式逐层贴合制壳，对于非常精密的铸件或是具有细小镂空的蜡模，在镂空等较小空间内不易完成流涂和撒砂的操作，这就导致壳型不均匀，镂空处出现易破损的现象，影响铸件质量；壳型中的砂层易透过涂料层穿透到整个壳型涂层的内表面，导致铸件的外表面不够平整，后期需要修整，耗费人力和时间；另外壳型制作时会将涂料层（包括粘合剂、耐火材料等）和砂层混合，焙烧、浇注后的壳型，其材质（包括用到的砂）会固化成瓷质硬块，不易再次使用，造成大量辅料的浪费，也会导致环境污染；国外（英国、俄罗斯、日本等国）的企业为了扩大蜡模精密铸造尺寸范围，使用泡沫塑料了代替石蜡，仍是采用精密铸造中“一层涂料一层撒砂”的方法，然后烧结成壳型，负压下浇注，这种改进仍然不能克服制备铸件中精细部位或细小镂空处壳型不均匀、已破损，砂层穿透涂层、铸件表面不平整，以及浇注后的壳型不易再次使用、造成浪费的问题。

发明内容

本发明为解决现有的消失模铸造过程中所存在的铸件内在质量存在缺陷，不易制得高品质产品，存在环境污染（包括废气和废渣），大件和精细铸造不能兼顾的问题，而提供能够铸造高质量，无增碳、气孔、夹渣、皱皮等缺陷的铸件，能满足高档、复杂结构、精密铸件要求的，绿色、环保、无污染的用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法。

本发明采用的技术方案是：

用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法，包括如下步骤：

步骤1）制模：制作与铸件实体一致的聚苯乙烯泡沫白模；

步骤2）制作特殊壳型：

在白模表面涂覆壳型涂料并干燥处理：壳型涂料包括面层涂料和背层涂料，首先涂覆面层涂料，面层涂料厚度为0.2~0.8mm，烘干温度为30~65℃、湿度为40~75%，烘干时间为2~3小时；在面层涂料干燥70~80%时，在面层涂料外侧涂覆背层涂料，背层涂料涂覆2~7遍，每遍涂覆厚度为0.8~2mm，使涂层总厚度为3~8mm，背层涂料烘干温度为60~75℃、湿度为40~60%，每涂覆一遍背层涂料均需要干燥一遍，每遍干燥时间为1~2小时；背层涂料干燥处理完成后，对壳型涂料进行整体烘干，将白模放置在高温高风速低湿度烘干室继续烘干4~8小时，控制烘干室内温度为65~75℃，风速为3~5m/s，湿度为30~50%；

割开白模上浇冒口处的壳型涂料的涂层，将涂覆涂层的白模倒置在加热炉台车上入炉，以不大于≤200℃/小时的升温速度，提升炉温至200~360℃，保温10~50分钟，使聚苯乙烯泡沫白模液化，从浇冒口处流出至接液盘并取出回收，形成空腔壳型；继续提升炉温至450~850℃，保温5~40分钟，使渗入涂层内的聚苯乙烯液体和其它挥发物分解气化，气体溢出被除烟机过滤并分解为水和二氧化碳排入大气；保温过程结束后，开炉门10分钟，至壳型温度降至500℃以下拉出台车，在空气中自然冷却50℃以下，用塑料袋严封浇冒口，继续冷却至室温，得到所要制作的特殊空腔壳型，备用；

步骤3）壳型装箱：将制得的壳型置入砂箱中，填入干砂，振动紧实后覆盖塑料薄膜密封；

步骤4）负压浇注、获得铸件：接真空管，保持砂箱中的负压度为0.025 ～0.045Mpa，向壳型内浇注金属液，经翻箱、分离、去除浇冒口后即得到与聚苯乙烯泡沫白模形体一致的铸件。

进一步的，步骤1）中制得的聚苯乙烯泡沫白模，对其易变形部位进行加固处理，将白模置于平板或工装中，用纤维棒、耐火布或陶瓷条块等粘结校正加固，防止变形。

进一步的，步骤2）所述面层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土5~10 份，锆石粉6~8份，刚玉份60~75份，CMC2~5 份，酚醛树脂1~2 份，水玻璃3~6 份，硅溶胶1~2份，磷酸盐3~6份，表面活性剂0.1~0.2份，正辛醇0.01~0.02份；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚与环氧乙烷缩合物中的一种或几种；所述背层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土40~45 份，石英粉6~8份，刚玉份15~25份，硅藻土6~8 份，冰晶石0.5~2 份，CMC2~4份，酚醛树脂1~3份，水玻璃4~8 份，磷酸盐3~6份，表面活性剂0.1~0.2份，木质素0.5-3份，消泡剂0.01~0.02份；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚与环氧乙烷缩合物中的一种或几种；所述消泡剂为正丁醇、正戊醇、正辛醇中的一种或几种。

进一步的，步骤2）中在白模表面涂覆壳型涂料采用蘸涂、流涂、淋涂和刷涂中的一种。

进一步的，步骤2）中在首遍涂覆背层涂料时，背层涂料在面层涂料上浸润1~4分钟，使其和面层涂料充分浸润溶合。

进一步的，步骤2）中白模轮廓尺寸大于1000mm或白模存在大于400mm*400mm的连续平面或凹面，采取刚性框架、点焊连接杆、用加强点加强涂层，用于吊装和流涂涂料。

进一步的，步骤4）中向壳型内浇注金属液时，采用振动浇注方法进行浇注，振动频率为50~200Hz，振幅为0.2~2mm。

本发明的有益效果在于，本发明提供的用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法与现有消失模铸造工艺相比具有以下优点：

一、现有的消失模铸造是往挂了涂料的泡沫塑料模型上浇注金属液，本工艺是往清洁的空腔壳型内浇注金属液，彻底消除了消失模铸造因白模燃烧气化产生的铸件增碳、夹渣、气孔、皱皮等特有缺陷，可以做更高档的复杂结构铸件，也避免了白模因高温气化后扩散所导致的空气污染；

二、本工艺的壳型是类似于蜡模精铸的强硬耐高温陶瓷质壳子，但与一般精铸相比，本工艺可以高效率的制作中大型的精密铸件，而涂层又像消失模铸造那样仅用涂料不需撒砂和高温烧结，不会产生涂壳夹层等影响铸件质量、同时变形微小可忽略，借以涂料的流动无孔不入的特性，可以做更加复杂结构的铸件；本工艺仅蘸涂料不需撒砂，壳型不宜变形、裂壳、分层和剥落，铸件缺陷少，中大件质量更好；

三、壳型是数毫米厚的高强硬耐高温的陶瓷质涂层型腔，优越于覆模砂、树脂砂、水玻璃砂等砂型铸造的砂质型腔，涂层不会被高温金属液粉化、冲坏而使铸件产生砂眼、掉砂、夹砂、气孔等缺陷；同时本工艺不需砂芯和分型面，与各类砂型铸件相比，本工艺能做结构更复杂铸件、尺寸精度和外观质量更好，因为砂眼、气孔极少，后续修磨工时降低70~90%，生产效率也较高；因涂层可高温强风快速烘干，虽然涂层厚了要求涂覆遍数增加，但生产效率比消失模铸造不仅不降低反而提高，一般从涂覆涂料开始2天内即可浇注（消失模铸造需干燥3~7天方可浇注）；白模和涂层易校正和加强，可以防止铸件变形；涂层耐潮不易软化，壳型损坏率可小与1%，便于生产组织；

四、由于泡沫塑料白模95%以上液化并回收，是物理变化，不对外影响，少量挥发气体易集中除烟处理，制壳过程无酸、碱和气味排放，更加环保节能；壳型薄而轻便，仅为蜡模精铸壳型的1/2~1/3，便于操作，节省材料；和消失模铸造一样干砂可循环使用，本壳型浇注后不会像消失模铸造那样涂层粉化汚然干砂和粉尘排放，浇注过的涂层碎壳还可以破碎后利用，避免浪费；涂料本身无毒无味，不燃不爆，更加节能环保；

五、本工艺还大幅提高了消失模铸造铸钢件、球铁件、有色合金件的内在质量档次；因白模密度可以更高（消失模铸造密度越高则增碳和发气越大）铸件尺寸更精确，白模表面泡沫珠粒更致密且微缝隙可被修饰，同时涂层不会高温粉化，不但铸件表面更光洁，近表面（表面以里0~5mm内、或超声波探伤的盲区）无夹渣、气孔、夹砂、砂眼等缺陷，机加工更容易，外观质量更好；本工艺非常适合内部有超声波或射线探伤要求、表面有磁粉或着色探伤要求、近表面有特殊要求的高端铸件，特别是生产超低碳合金钢（如:C≤0.03%双相不锈钢）铸件不增碳，生产球铁铸件球化率高、夹渣（宏观和微观）等缺陷少；不需红热态浇注，工作条件改善，可实施冷铁等铸造工艺、消除铸件缩孔缩松缺陷；

六、在浇注金属液时，因壳型强度较高，可以实现振动浇注细化铸件晶粒、消除缩孔缩松缺陷，负压既可固定干砂防止金属液涨型，又可以提高铸件表面质量; 振动浇注既可以细化铸件晶粒，提高力学性能，又可以便于冒口补缩，消除缩孔缩松缺陷；

七、铸造工艺上还可以对铸件厚大部位用冷铁等调节温度场分布，防止内部缩孔缩松等缺陷；还可以配合保温冒口实现不易去除冒口的易敲冒口；

八、本工艺可生产各类合金材质的内在和外观质量高的铸件，便于在消失模铸造、蜡模精密铸造、各种砂型铸造方面推广。

总之，本发明提供的用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法具有能够铸造高质量，无增碳、气孔、夹渣、皱皮等缺陷的铸件，能满足高档、复杂结构、精密铸件要求的，绿色、环保、无污染的优点。

具体实施方式

本发明的核心是提供用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法。

实施例1，用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法，包括如下步骤：

步骤1）制模：

步骤1.1）制作与铸件实体一致的聚苯乙烯泡沫白模；

步骤1.2）检查EPS白模密度和外观质量，对表面凸起用细砂纸抹平，表面孔洞用修饰膏填平，疏松面用修饰液涂平并用细砂纸抹平；

步骤1.3）按铸造工艺图粘结浇口和冒口，必要时热节处按要求设置冷铁或降温措施；

步骤1.4）对聚苯乙烯泡沫白模的易变形部位进行加固处理，将白模置于平板或工装中，用纤维棒、耐火布或陶瓷条块等粘结校正加固，防止变形；白模轮廓尺寸大于1000mm或白模存在大于400mm*400mm的连续平面或凹面，采取刚性框架、点焊连接杆、用加强点加强涂层，用于吊装和流涂涂料；

步骤2）制作特殊壳型：

在白模表面涂覆壳型涂料并干燥处理：壳型涂料包括面层涂料和背层涂料，所述面层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土5~10 份，锆石粉6~8份，刚玉份60~75份，CMC2~5 份，酚醛树脂1~2 份，水玻璃3~6 份，硅溶胶1~2份，磷酸盐3~6份，表面活性剂0.1~0.2份，正辛醇0.01~0.02份；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚与环氧乙烷缩合物中的一种或几种；所述背层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土40~45 份，石英粉6~8份，刚玉份15~25份，硅藻土6~8 份，冰晶石0.5~2 份，CMC2~4份，酚醛树脂1~3份，水玻璃4~8 份，磷酸盐3~6份，表面活性剂0.1~0.2份，木质素0.5~3份，消泡剂0.01~0.02份；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚与环氧乙烷缩合物中的一种或几种；所述消泡剂为正丁醇、正戊醇、正辛醇中的一种或几种；

步骤2.1）根据材质要求和铸件特点选用涂料，在本实施例中，选用的面层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土5kg，锆石粉6kg，刚玉份60kg，CMC2kg，酚醛树脂1kg，水玻璃3kg，硅溶胶1kg，磷酸盐3kg，表面活性剂0.1kg，正辛醇0.01kg；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；选用的背层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土40kg，石英粉6kg，刚玉份15kg，硅藻土6kg，冰晶石0.5kg，CMC2kg，酚醛树脂1kg，水玻璃4kg，磷酸盐3kg，表面活性剂0.1kg，木质素0.5kg，消泡剂0.01kg；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述消泡剂为正丁醇；在涂料搅拌机中按要求分别调配混合面层涂料原料和背层涂料，即在液体中边搅拌边陆续加入粉料，混匀后快速搅拌30分钟；用白模条蘸涂测涂料厚度和测标准涂片重量，面层涂料厚度0.2~0.8mm，背层涂料厚度0.8~2mm；涂料从勾兑开始使用15天内必须清底，沟兑好的涂料存放温度0℃~38℃，放置不用时要密闭且不得暴晒；

步骤2.2）在步骤1）中得到的白模表面首先涂覆面层涂料，涂料涂覆可采用蘸涂、流涂、淋涂和刷涂，一般不采用喷涂，优选蘸涂和流涂，其中中小件用蘸涂，中大件用流涂，流水线生产用淋涂，局部补涂用刷涂；涂面层涂料前白模应干燥、干净，无灰、油、水等污物，面层涂覆前要先把标志和细微处用硬毛刷抹匀再用压缩空气吹掉，再整体涂覆涂料防止窝气漏涂、字迹不清，要防止涂料和白模间有气泡(必要时白模上刷活性剂或涂料作消泡处理)；面层涂料涂覆后要适当停留或甩掉多余涂料，保持涂层均匀，内角易聚涂料处用刷子抹掉；涂覆时控制面层涂料厚度为0.2~0.8mm，烘干温度为30℃、湿度为40%，烘干时间为3小时，烘干时避免强风直吹涂层；

步骤2.3）在面层涂料干燥约70~80%时，在面层涂料外侧涂覆背层涂料，涂料涂覆可采用蘸涂、流涂、淋涂和刷涂，一般不采用喷涂，优选蘸涂和流涂，涂覆时要保持面层表面应干净无污物，背层涂料涂覆2~7遍，每遍涂覆厚度为0.8~2mm，使涂层总厚度为3~8mm（包括面层涂料和背层涂料），在首遍涂覆背层涂料时，背层涂料在面层涂料上浸润1~4分钟，使其和面层涂料充分浸润溶合；背层涂料烘干温度为60℃、湿度为40%，每涂覆一遍背层涂料均需要干燥一遍，每遍干燥时间为2小时，背层涂料可快速烘干，即可用排风扇强制吹风快干，但要避免热风口直冲涂层直吹，对于较深且细的盲孔应用风管探入烘干；

步骤2.4）背层涂料干燥处理完成后，对壳型涂料进行整体烘干，将白模放置在高温高风速低湿度烘干室继续烘干4小时，使涂层尽可能干燥彻底，干强度提高；烘干时控制烘干室内温度为65℃，风速为3m/s，湿度为30%；

步骤2.5）割开白模上浇冒口处的壳型涂料的涂层；

步骤2.6）将白模放置入加热炉，一般是将浇冒口朝下放置，便于聚苯乙烯液体流出(必要时也可以冒口朝上放置，在白模下部钻孔排液之后用耐火布和涂料贴补)，带涂层的白模入炉前先使浇冒口上面打开，按要求摆放在带有聚苯乙烯液体接盘的架子上，加热炉配套安装烟气净化机，制壳过程环保；

步骤2.7）以不大于≤200℃/小时的升温速度，提升炉温至200℃，保温10分钟，此低温加热阶段使白模（聚苯乙烯）发生物理变化，即泡沫状固体聚苯乙烯熔化变为液态聚苯乙烯，并从壳型涂料的涂层内流出，聚苯乙烯95%以上物理转变回收；

步骤2.8）继续提升炉温至450℃，保温5分钟，使渗入涂层内的聚苯乙烯液体和其它挥发物分解气化，气体溢出被除烟机过滤并分解为水和二氧化碳排入大气，同时高温对壳型烧结；保温过程结束后，开炉门10分钟，至壳型温度降至500℃以下拉出台车，在空气中自然冷却；

步骤2.9）壳型温度降至50℃以下，用塑料袋严封浇冒口，继续冷却至室温，得到所要制作的特殊空腔壳型，备用；制好的壳子不得反潮和内部汚染，在4小时内装箱、浇注；

步骤4）负压浇注：接真空管，保持砂箱中的负压度为0.025 Mpa，向壳型内浇注金属液，向壳型内浇注金属液时，采用振动浇注方法进行浇注，振动频率为50Hz，振幅为0.2mm；再经翻箱、分离、去除浇冒口后即得到与聚苯乙烯泡沫白模形体一致的铸件。

实施例2，用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法，包括如下步骤：

步骤1）制模：

步骤1.1）制作与铸件实体一致的聚苯乙烯泡沫白模；

步骤2）制作特殊壳型：

步骤2.1）根据材质要求和铸件特点选用涂料，在本实施例中，选用的面层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土10kg，锆石粉8kg，刚玉份75kg，CMC5kg，酚醛树脂2kg，水玻璃6kg，硅溶胶2kg，磷酸盐6kg，表面活性剂0.2kg，正辛醇0.02kg；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；选用的背层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土45kg，石英粉8kg，刚玉份25kg，硅藻土8kg，冰晶石2kg，CMC4kg，酚醛树脂3kg，水玻璃8kg，磷酸盐6kg，表面活性剂0.2kg，木质素3kg，消泡剂0.02kg；所述表面活性剂为烷基酚；所述消泡剂为正戊醇；在涂料搅拌机中按要求分别调配混合面层涂料原料和背层涂料，即在液体中边搅拌边陆续加入粉料，混匀后快速搅拌30分钟；用白模条蘸涂测涂料厚度和测标准涂片重量，面层涂料厚度0.2~0.8mm，背层涂料厚度0.8~2mm；涂料从勾兑开始使用15天内必须清底，沟兑好的涂料存放温度0℃~38℃，放置不用时要密闭且不得暴晒；

步骤2.2）在步骤1）中得到的白模表面首先涂覆面层涂料，涂料涂覆可采用蘸涂、流涂、淋涂和刷涂，一般不采用喷涂，优选蘸涂和流涂，其中中小件用蘸涂，中大件用流涂，流水线生产用淋涂，局部补涂用刷涂；涂面层涂料前白模应干燥、干净，无灰、油、水等污物，面层涂覆前要先把标志和细微处用硬毛刷抹匀再用压缩空气吹掉，再整体涂覆涂料防止窝气漏涂、字迹不清，要防止涂料和白模间有气泡(必要时白模上刷活性剂或涂料作消泡处理)；面层涂料涂覆后要适当停留或甩掉多余涂料，保持涂层均匀，内角易聚涂料处用刷子抹掉；涂覆时控制面层涂料厚度为0.2~0.8mm，烘干温度为65℃、湿度为75%，烘干时间为2小时，烘干时避免强风直吹涂层；

步骤2.3）在面层涂料干燥约70~80%时，在面层涂料外侧涂覆背层涂料，涂料涂覆可采用蘸涂、流涂、淋涂和刷涂，一般不采用喷涂，优选蘸涂和流涂，涂覆时要保持面层表面应干净无污物，背层涂料涂覆2~7遍，每遍涂覆厚度为0.8~2mm，使涂层总厚度为3~8mm（包括面层涂料和背层涂料），在首遍涂覆背层涂料时，背层涂料在面层涂料上浸润1~4分钟，使其和面层涂料充分浸润溶合；背层涂料烘干温度为75℃、湿度为60%，每涂覆一遍背层涂料均需要干燥一遍，每遍干燥时间为2小时，背层涂料可快速烘干，即可用排风扇强制吹风快干，但要避免热风口直冲涂层直吹，对于较深且细的盲孔应用风管探入烘干；

步骤2.4）背层涂料干燥处理完成后，对壳型涂料进行整体烘干，将白模放置在高温高风速低湿度烘干室继续烘干8小时，使涂层尽可能干燥彻底，干强度提高；烘干时控制烘干室内温度为75℃，风速为5m/s，湿度为50%；

步骤2.5）割开白模上浇冒口处的壳型涂料的涂层；

步骤2.7）以不大于≤200℃/小时的升温速度，提升炉温至360℃，保温50分钟，此低温加热阶段使白模（聚苯乙烯）发生物理变化，即泡沫状固体聚苯乙烯熔化变为液态聚苯乙烯，并从壳型涂料的涂层内流出，聚苯乙烯95%以上物理转变回收；

步骤2.8）继续提升炉温至850℃，保温40分钟，使渗入涂层内的聚苯乙烯液体和其它挥发物分解气化，气体溢出被除烟机过滤并分解为水和二氧化碳排入大气，同时高温对壳型烧结；保温过程结束后，开炉门10分钟，至壳型温度降至500℃以下拉出台车，在空气中自然冷却；

步骤4）负压浇注：接真空管，保持砂箱中的负压度为0.045Mpa，向壳型内浇注金属液，向壳型内浇注金属液时，采用振动浇注方法进行浇注，振动频率为200Hz，振幅为2mm；再经翻箱、分离、去除浇冒口后即得到与聚苯乙烯泡沫白模形体一致的铸件。

实施例3，用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法，包括如下步骤：

步骤1）制模：

步骤1.1）制作与铸件实体一致的聚苯乙烯泡沫白模；

步骤2）制作特殊壳型：

步骤2.1）根据材质要求和铸件特点选用涂料，在本实施例中，选用的面层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土6kg，锆石粉6.5kg，刚玉份67kg，CMC3kg，酚醛树脂1kg，水玻璃4kg，硅溶胶1kg，磷酸盐4kg，表面活性剂0.1kg，正辛醇0.01kg；所述表面活性剂为环氧乙烷缩合物；选用的背层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土42kg，石英粉6.5kg，刚玉份17kg，硅藻土6kg，冰晶石1kg，CMC3kg，酚醛树脂2kg，水玻璃5kg，磷酸盐4kg，表面活性剂0.1kg，木质素1.5kg，消泡剂0.01kg；所述表面活性剂为与环氧乙烷缩合物；所述消泡剂为正辛醇；在涂料搅拌机中按要求分别调配混合面层涂料原料和背层涂料，即在液体中边搅拌边陆续加入粉料，混匀后快速搅拌30分钟；用白模条蘸涂测涂料厚度和测标准涂片重量，面层涂料厚度0.2~0.8mm，背层涂料厚度0.8~2mm；涂料从勾兑开始使用15天内必须清底，沟兑好的涂料存放温度0℃~38℃，放置不用时要密闭且不得暴晒；

步骤2.2）在步骤1）中得到的白模表面首先涂覆面层涂料，涂料涂覆可采用蘸涂、流涂、淋涂和刷涂，一般不采用喷涂，优选蘸涂和流涂，其中中小件用蘸涂，中大件用流涂，流水线生产用淋涂，局部补涂用刷涂；涂面层涂料前白模应干燥、干净，无灰、油、水等污物，面层涂覆前要先把标志和细微处用硬毛刷抹匀再用压缩空气吹掉，再整体涂覆涂料防止窝气漏涂、字迹不清，要防止涂料和白模间有气泡(必要时白模上刷活性剂或涂料作消泡处理)；面层涂料涂覆后要适当停留或甩掉多余涂料，保持涂层均匀，内角易聚涂料处用刷子抹掉；涂覆时控制面层涂料厚度为0.2~0.8mm，烘干温度为40℃、湿度为50%，烘干时间为2小时，烘干时避免强风直吹涂层；

步骤2.3）在面层涂料干燥约70~80%时，在面层涂料外侧涂覆背层涂料，涂料涂覆可采用蘸涂、流涂、淋涂和刷涂，一般不采用喷涂，优选蘸涂和流涂，涂覆时要保持面层表面应干净无污物，背层涂料涂覆2~7遍，每遍涂覆厚度为0.8~2mm，使涂层总厚度为3~8mm（包括面层涂料和背层涂料），在首遍涂覆背层涂料时，背层涂料在面层涂料上浸润1~4分钟，使其和面层涂料充分浸润溶合；背层涂料烘干温度为65℃、湿度为45%，每涂覆一遍背层涂料均需要干燥一遍，每遍干燥时间为1小时，背层涂料可快速烘干，即可用排风扇强制吹风快干，但要避免热风口直冲涂层直吹，对于较深且细的盲孔应用风管探入烘干；

步骤2.4）背层涂料干燥处理完成后，对壳型涂料进行整体烘干，将白模放置在高温高风速低湿度烘干室继续烘干5小时，使涂层尽可能干燥彻底，干强度提高；烘干时控制烘干室内温度为70℃，风速为4m/s，湿度为35%；

步骤2.5）割开白模上浇冒口处的壳型涂料的涂层；

步骤2.7）以不大于≤200℃/小时的升温速度，提升炉温至300℃，保温20分钟，此低温加热阶段使白模（聚苯乙烯）发生物理变化，即泡沫状固体聚苯乙烯熔化变为液态聚苯乙烯，并从壳型涂料的涂层内流出，聚苯乙烯95%以上物理转变回收；

步骤2.8）继续提升炉温至550℃，保温15分钟，使渗入涂层内的聚苯乙烯液体和其它挥发物分解气化，气体溢出被除烟机过滤并分解为水和二氧化碳排入大气，同时高温对壳型烧结；保温过程结束后，开炉门10分钟，至壳型温度降至500℃以下拉出台车，在空气中自然冷却；

步骤4）负压浇注：接真空管，保持砂箱中的负压度为0.03Mpa，向壳型内浇注金属液，向壳型内浇注金属液时，采用振动浇注方法进行浇注，振动频率为100Hz，振幅为0.8mm；再经翻箱、分离、去除浇冒口后即得到与聚苯乙烯泡沫白模形体一致的铸件。

实施例4，用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法，包括如下步骤：

步骤1）制模：

步骤1.1）制作与铸件实体一致的聚苯乙烯泡沫白模；

步骤2）制作特殊壳型：

步骤2.1）根据材质要求和铸件特点选用涂料，在本实施例中，选用的面层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土8kg，锆石粉8kg，刚玉份73kg，CMC4kg，酚醛树脂2kg，水玻璃5kg，硅溶胶2kg，磷酸盐5kg，表面活性剂0.2kg，正辛醇0.02kg；所述表面活性剂为烷基酚；选用的背层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土44kg，石英粉8kg，刚玉份23kg，硅藻土8kg，冰晶石1.5kg，CMC4kg，酚醛树脂3kg，水玻璃7kg，磷酸盐5kg，表面活性剂0.2kg，木质素2.5kg，消泡剂0.02kg；所述表面活性剂为烷基酚；所述消泡剂为正戊醇；在涂料搅拌机中按要求分别调配混合面层涂料原料和背层涂料，即在液体中边搅拌边陆续加入粉料，混匀后快速搅拌30分钟；用白模条蘸涂测涂料厚度和测标准涂片重量，面层涂料厚度0.2~0.8mm，背层涂料厚度0.8~2mm；涂料从勾兑开始使用15天内必须清底，沟兑好的涂料存放温度0℃~38℃，放置不用时要密闭且不得暴晒；

步骤2.2）在步骤1）中得到的白模表面首先涂覆面层涂料，涂料涂覆可采用蘸涂、流涂、淋涂和刷涂，一般不采用喷涂，优选蘸涂和流涂，其中中小件用蘸涂，中大件用流涂，流水线生产用淋涂，局部补涂用刷涂；涂面层涂料前白模应干燥、干净，无灰、油、水等污物，面层涂覆前要先把标志和细微处用硬毛刷抹匀再用压缩空气吹掉，再整体涂覆涂料防止窝气漏涂、字迹不清，要防止涂料和白模间有气泡(必要时白模上刷活性剂或涂料作消泡处理)；面层涂料涂覆后要适当停留或甩掉多余涂料，保持涂层均匀，内角易聚涂料处用刷子抹掉；涂覆时控制面层涂料厚度为0.6mm，烘干温度为55℃、湿度为65%，烘干时间为3小时，烘干时避免强风直吹涂层；

步骤2.3）在面层涂料干燥约70~80%时，在面层涂料外侧涂覆背层涂料，涂料涂覆可采用蘸涂、流涂、淋涂和刷涂，一般不采用喷涂，优选蘸涂和流涂，涂覆时要保持面层表面应干净无污物，背层涂料涂覆2~7遍，每遍涂覆厚度为0.8~2mm，使涂层总厚度为3~8mm（包括面层涂料和背层涂料），在首遍涂覆背层涂料时，背层涂料在面层涂料上浸润1~4分钟，使其和面层涂料充分浸润溶合；背层涂料烘干温度为75℃、湿度为55%，每涂覆一遍背层涂料均需要干燥一遍，每遍干燥时间为2小时，背层涂料可快速烘干，即可用排风扇强制吹风快干，但要避免热风口直冲涂层直吹，对于较深且细的盲孔应用风管探入烘干；

步骤2.4）背层涂料干燥处理完成后，对壳型涂料进行整体烘干，将白模放置在高温高风速低湿度烘干室继续烘干7小时，使涂层尽可能干燥彻底，干强度提高；烘干时控制烘干室内温度为75℃，风速为5m/s，湿度为45%；

步骤2.5）割开白模上浇冒口处的壳型涂料的涂层；

步骤2.7）以不大于≤200℃/小时的升温速度，提升炉温至340℃，保温40分钟，此低温加热阶段使白模（聚苯乙烯）发生物理变化，即泡沫状固体聚苯乙烯熔化变为液态聚苯乙烯，并从壳型涂料的涂层内流出，聚苯乙烯95%以上物理转变回收；

步骤2.8）继续提升炉温至750℃，保温30分钟，使渗入涂层内的聚苯乙烯液体和其它挥发物分解气化，气体溢出被除烟机过滤并分解为水和二氧化碳排入大气，同时高温对壳型烧结；保温过程结束后，开炉门10分钟，至壳型温度降至500℃以下拉出台车，在空气中自然冷却；

步骤4）负压浇注：接真空管，保持砂箱中的负压度为0.04Mpa，向壳型内浇注金属液，向壳型内浇注金属液时，采用振动浇注方法进行浇注，振动频率为150Hz，振幅为1.5mm；再经翻箱、分离、去除浇冒口后即得到与聚苯乙烯泡沫白模形体一致的铸件。

实施例5，用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法，包括如下步骤：

步骤1）制模：

步骤1.1）制作与铸件实体一致的聚苯乙烯泡沫白模；

步骤2）制作特殊壳型：

步骤2.1）根据材质要求和铸件特点选用涂料，在本实施例中，选用的面层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土7.5kg，锆石粉7kg，刚玉份65kg，CMC3.5kg，酚醛树脂1.5kg，水玻璃4.5kg，硅溶胶1.5kg，磷酸盐4.5kg，表面活性剂0.2kg，正辛醇0.02kg；所述表面活性剂为烷基酚；选用的背层涂料由下述重量份数的原料组成的：铝矾土43kg，石英粉7kg，刚玉份20kg，硅藻土7kg，冰晶石1.3kg，CMC3kg，酚醛树脂2kg，水玻璃6kg，磷酸盐4.5kg，表面活性剂0.2kg，木质素0.2kg，消泡剂0.01kg；所述表面活性剂为烷基酚；所述消泡剂为正辛醇；在涂料搅拌机中按要求分别调配混合面层涂料原料和背层涂料，即在液体中边搅拌边陆续加入粉料，混匀后快速搅拌30分钟；用白模条蘸涂测涂料厚度和测标准涂片重量，面层涂料厚度0.2~0.8mm，背层涂料厚度0.8~2mm；涂料从勾兑开始使用15天内必须清底，沟兑好的涂料存放温度0℃~38℃，放置不用时要密闭且不得暴晒；

步骤2.2）在步骤1）中得到的白模表面首先涂覆面层涂料，涂料涂覆可采用蘸涂、流涂、淋涂和刷涂，一般不采用喷涂，优选蘸涂和流涂，其中中小件用蘸涂，中大件用流涂，流水线生产用淋涂，局部补涂用刷涂；涂面层涂料前白模应干燥、干净，无灰、油、水等污物，面层涂覆前要先把标志和细微处用硬毛刷抹匀再用压缩空气吹掉，再整体涂覆涂料防止窝气漏涂、字迹不清，要防止涂料和白模间有气泡(必要时白模上刷活性剂或涂料作消泡处理)；面层涂料涂覆后要适当停留或甩掉多余涂料，保持涂层均匀，内角易聚涂料处用刷子抹掉；涂覆时控制面层涂料厚度为0.2~0.8mm，烘干温度为30~65℃、湿度为40~75%，烘干时间为2~3小时，烘干时避免强风直吹涂层；

步骤2.3）在面层涂料干燥约70~80%时，在面层涂料外侧涂覆背层涂料，涂料涂覆可采用蘸涂、流涂、淋涂和刷涂，一般不采用喷涂，优选蘸涂和流涂，涂覆时要保持面层表面应干净无污物，背层涂料涂覆2~7遍，每遍涂覆厚度为0.8~2mm，使涂层总厚度为3~8mm（包括面层涂料和背层涂料），在首遍涂覆背层涂料时，背层涂料在面层涂料上浸润1~4分钟，使其和面层涂料充分浸润溶合；背层涂料烘干温度为70℃、湿度为50%，每涂覆一遍背层涂料均需要干燥一遍，每遍干燥时间为1.5小时，背层涂料可快速烘干，即可用排风扇强制吹风快干，但要避免热风口直冲涂层直吹，对于较深且细的盲孔应用风管探入烘干；

步骤2.4）背层涂料干燥处理完成后，对壳型涂料进行整体烘干，将白模放置在高温高风速低湿度烘干室继续烘干6小时，使涂层尽可能干燥彻底，干强度提高；烘干时控制烘干室内温度为70℃，风速为4m/s，湿度为40%；

步骤2.5）割开白模上浇冒口处的壳型涂料的涂层；

步骤2.7）以不大于≤200℃/小时的升温速度，提升炉温至280℃，保温30分钟，此低温加热阶段使白模（聚苯乙烯）发生物理变化，即泡沫状固体聚苯乙烯熔化变为液态聚苯乙烯，并从壳型涂料的涂层内流出，聚苯乙烯95%以上物理转变回收；

步骤2.8）继续提升炉温至650℃，保温25分钟，使渗入涂层内的聚苯乙烯液体和其它挥发物分解气化，气体溢出被除烟机过滤并分解为水和二氧化碳排入大气，同时高温对壳型烧结；保温过程结束后，开炉门10分钟，至壳型温度降至500℃以下拉出台车，在空气中自然冷却；

步骤4）负压浇注：接真空管，保持砂箱中的负压度为0.035Mpa，向壳型内浇注金属液，向壳型内浇注金属液时，采用振动浇注方法进行浇注，振动频率为120Hz，振幅为1mm；再经翻箱、分离、去除浇冒口后即得到与聚苯乙烯泡沫白模形体一致的铸件。

上述用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法与各类砂型铸造工艺相比，其加工铸件的内外质量提高数个级别，具体表现为：尺寸精度从CT12~14提高为CT5~8，表面粗糙度从Ra50~100μm提高为Ra12.5~25μm；生产效率比水玻璃砂和树脂砂铸造提高1~2倍，不须砂芯、拔模斜度可忽略，铸件壁厚均匀，没有分型面无飞边批缝，尺寸精度高、切割打磨工作量少，做结构复杂铸件，上述优势更为突出，铸造浇注工艺设计灵活，冒口配合冷铁等工艺措施（必要时振动浇注），便于消除缩孔缩松缺陷甚至细化晶粒，很容易保证超声波探伤和试压要求，数毫米厚的高温不粉化的高强硬、高耐火度、高透气性陶瓷质涂层，确保铸件表面和近表面无砂眼、气孔、夹渣等缺陷，铸件后续焊修、打磨工作量大为减少，特别是不锈钢等高合金钢铸件焊补和打磨工作量可降低90%左右，既降低劳动强度、确保铸件外型美观又大幅降低成本，对环境也大为改善，对表面有磁粉探伤要求的高档铸件更易保证质量；经涂层加固措施可做数吨重的大件，增加负压浇注设施和泡沫塑料模型即可推广于砂型铸造生产；方便耐磨件冒口去除，耐磨合金钢、高锰钢、高铬铸铁等耐磨铸件，均要求较大冒口补缩，由于其硬度高，冒口冷去除非常困难，火焰热割易使铸件断裂，因此，利用其铸态较脆特性，本工艺配合保温冒口可实现易敲冒口，降低劳动强度、减少生产成本；节能环保，实现真正的绿色铸造，消失模铸造被公认为“21世纪绿色铸造”，本工艺生产过程比消失模铸造更环保，除了两者共同的砂子循环使用不排放外，消失模铸造中聚苯乙烯泡沫塑料白模在浇注过程中被金属液加热100%燃烧或气化，一部分直接排入大气一部分通过真空泵系统简单处理排入大气，对环境有一定汚染；本工艺在制作壳型过程中95%以上的泡沫状固态聚苯乙烯塑料变成液态聚苯乙烯塑料，从壳型中流出并回收利用，固态到液态的转变是物理变化过程，既不对环境造成汚染还能废物利用，极少量的分解产物在加热炉中集中收集进入除烟机分解成CO₂和H₂O排放，本工艺铸件清理后的少量涂层废料，粉磨后可掺于背层涂料利用，因此，本工艺比消失模铸造更环保，是真正意义的绿色铸造。

Claims

1.用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1）制模：制作与铸件实体一致的聚苯乙烯泡沫白模；

步骤2）制作特殊壳型：

在白模表面涂覆壳型涂料并干燥处理：壳型涂料包括面层涂料和背层涂料，首先涂覆面层涂料，面层涂料厚度为0.2~0.8mm，烘干温度为30~65℃、湿度为40~75%，烘干时间为2~3小时；在面层涂料干燥70~80%时，在面层涂料外侧涂覆背层涂料，背层涂料涂覆2~7遍，每遍涂覆厚度为0.8~2mm，使涂层总厚度为3~8mm，背层涂料烘干温度为60~75℃、湿度为40~60%，每涂覆一遍背层涂料均需要干燥一遍，每遍干燥时间为1~2小时，并且在首遍涂覆背层涂料时，背层涂料在面层涂料上浸润1~4分钟，使其和面层涂料充分浸润溶合；背层涂料干燥处理完成后，对壳型涂料进行整体烘干，将白模放置在高温高风速低湿度烘干室继续烘干4~8小时，控制烘干室内温度为65~75℃，风速为3~5m/s，湿度为30~50%；在白模轮廓尺寸大于1000mm或白模存在大于400mm*400mm的连续平面或凹面上，使用刚性框架、点焊连接杆或用加强点加强该平面或凹面上涂层，用于吊装和流涂涂料；

割开白模上浇冒口处的壳型涂料的涂层，将涂覆涂层的白模倒置在加热炉台车上入炉，以不大于200℃/小时的升温速度，提升炉温至200~360℃，保温10~50分钟，使聚苯乙烯泡沫白模液化，从浇冒口处流出至接液盘并取出回收，形成空腔壳型；继续提升炉温至450~850℃，保温5~40分钟，使渗入涂层内的聚苯乙烯液体和其它挥发物分解气化，气体溢出被除烟机过滤并分解为水和二氧化碳排入大气；保温过程结束后，开炉门10分钟，至壳型温度降至500℃以下拉出台车，在空气中自然冷却50℃以下，用塑料袋严封浇冒口，继续冷却至室温，得到所要制作的特殊空腔壳型，备用；

步骤4）负压浇注、获得铸件：接真空管，保持砂箱中的负压度为0.025 ～ 0.045MPa，向壳型内浇注金属液，经翻箱、分离、去除浇冒口后即得到与聚苯乙烯泡沫白模形体一致的铸件；

所述面层涂料由下述重量份数的原料组成：铝矾土5~10 份，锆石粉6~8份，刚玉粉60~75份，CMC2~5 份，酚醛树脂1~2 份，水玻璃3~6 份，硅溶胶1~2份，磷酸盐3~6份，表面活性剂0.1~0.2份，正辛醇0.01~0.02份；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚与环氧乙烷缩合物中的一种或几种；所述背层涂料由下述重量份数的原料组成：铝矾土40~45 份，石英粉6~8份，刚玉粉15~25份，硅藻土6~8 份，冰晶石0.5~2 份，CMC2~4份，酚醛树脂1~3份，水玻璃4~8 份，磷酸盐3~6份，表面活性剂0.1~0.2份，木质素0.5-3份，消泡剂0.01~0.02份；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚与环氧乙烷缩合物中的一种或几种；所述消泡剂为正丁醇、正戊醇、正辛醇中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法，其特征在于：步骤1）中制得的聚苯乙烯泡沫白模，对其易变形部位进行加固处理，将白模置于平板或工装中，用纤维棒、耐火布或陶瓷条块粘结校正加固，防止变形。

3.根据权利要求1所述的用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法，其特征在于：步骤2）中在白模表面涂覆壳型涂料采用蘸涂、流涂、淋涂和刷涂中的一种。

4.根据权利要求1所述的用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法，其特征在于：步骤4）中向壳型内浇注金属液时，采用振动浇注方法进行浇注，振动频率为50~200Hz，振幅为0.2~2mm。